2024年3月10日发(作者：)

矿井主提升卸载自动化关键问题的研究与应用

【摘 要】本文针对平煤八矿主井卸载自动化系统存在问题，设

计出一套针对性方案，主要解决主井卸载箕斗滞煤问题，保障提升

箕斗安全运行，实现自动化生产，最终实现主井定重装卸载自动控

制系统的无人值守，提高了运行效率。

【关键词】矿井；主提升；卸载；自动化；滞煤

0 概述

随着煤炭需求的增长，主井提升系统已成为各煤矿产量提高的瓶

颈，且制约程度越来越明显。将原提升信号及装卸载控制系统应用

可编程技术进行自动化改造，明显降低设备故障、简化操作、减轻

工人劳动强度，一定程度提高生产运行的安全可靠性。

在主井卸载控制子系统中，特别是提升箕斗卸载量的监测，现有

的卸载量监测有：1）拉力传感器对箕斗进行称重，称重装置安装

在箕斗上，受干扰因素多，精确度差，通过无线发射装置发射箕斗

重量，可靠性较差，不能长期有效的工作；2）非接触式核子称重

装置，因放射源辐射问题，国家不提倡使用；到目前为止，没有成

熟能够实际应用的计量与监测手段。国内现有的主井卸载控制子系

统，需要人工监视卸煤及转发信号，部分煤矿取消人工转发信号，

没有从根本上采取卸载量的计量与监测，造成提升箕斗滞煤下放安

全事故的发生；因此主井定量装卸载控制系统还没有成为真正意义

上的自动化安全生产系统。

如果通过巧妙合理的设计解决提升箕斗滞煤问题，将会使主井定

重装卸载控制系统实现真正意义上的提升运输系统的自动化，对矿

井的综合自动化水平提升具有重要意义。

1 平煤股份八矿卸载系统存在问题

随着煤矿自动化技术水平与监测手段的不断完善和发展，主井卸

载控制子系统的计量与监控问题亟待解决，它是整个提升系统实现

无人值守的关键问题之一。平煤股份八矿共有丁、戊、己三个煤种，

其中丁组煤矸石较多、块大，在主井装卸载过程中对提升箕斗底部

冲击力大，造成箕斗底部凸凹不平，加之戊、己组煤种水分含量高、

粘性较大，导致主井箕斗卸载时滞煤，并随着箕斗使用年限增多，

箕斗底部破坏更加严重，滞煤量越来越多。目前，我们已实现主井

装载自动化，但主井卸载没有有效的监测提升箕斗卸载量的手段，

经常出现提升箕斗滞煤下放现象、提升箕斗滞煤需要人工清理，导

致提升箕斗装煤超载，绞车提升困难等，存在提升安全的隐患，制

约着主井提升运输系统的自动化生产。

2 解决思路

依靠雷达料位计测量箕斗距离以及利用轴编码器测箕斗重量两

种相互校准的方法测量提升箕斗是否滞煤及滞煤量。依据雷达测距

原理，选用一种雷达料位仪，把雷达料位仪安装于卸载平硐的井架

上，位于提升箕斗到位时的装载口的上方，检测提升箕斗内的滞煤

量。利用轴编码器检测两个提升箕斗的相对位置，通过一系列的运

算动态的检测箕斗的重量。

通过这两种方法可以实现对提升箕斗卸煤量的检测，解决检测提

升箕斗滞煤量的难题。若发现提升箕斗滞煤，会发出箕斗有滞煤的

信号，不需要人工清理，通过平硐信号工手动或控制系统自动开启

可伸缩的空气炮，清理滞留提升箕斗内的滞留煤；同时，将处理结

果通过信息号系统发送给提升系统，在提升系统接收到清理完毕信

号后，正常提升。

3 工作原理及设计方案

雷达探测仪发射能量很低的极短的微波脉冲，通过天线系统发射

并接收，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成

物位信号，一种特殊的时间延伸方法可以确定极短时间内稳定和精

确的测量物位的距离。

现场设备布局示意图如下图1。

图 1 设备布局示意图

雷达式提升箕斗卸载检测装置，包括雷达式物位检测仪、箕斗位

置传感器和智能控制卸载操作台。雷达式物位检测仪安装在井架

上，调整适当角度，使雷达物位检测仪在提升箕斗卸载时可探测到

提升箕斗底部，箕斗位置传感器的磁性部分安装于提升箕斗上，箕

斗位置检测开关安装于井架上，两种信号输入到安装于提升箕斗的

卸载站智能控制卸载操作台。

提升箕斗的称重所用轴编码器安装于绞车的滚筒轴上，其信号和

绞车电机的电流信号、电压信号输入到安装于绞车房智能控制检测

柜。轴编码器检测两个提升箕斗的相对位置，与智能控制检测柜检

测下降箕斗的重量，当两个提升箕斗在井筒中瞬间交错时，通过检

测提升机电机的输入功率，经过一系列的运算，可测得箕斗的重量。

经过数据处理实现检测提升箕斗内煤的滞煤量，在设定的时间

内，若检测提升箕斗为空，关闭提升信号通道，否则启动空气炮清

理提升箕斗内的滞煤；若检测到提升箕斗内仍有滞煤，此时将滞煤

的重量发送给装载系统，装载系统接收到信号后，将减少往定量斗

的装煤重量，实现真正意义的定重装载，两种检测方案共同实现提

升箕斗的定重装载和提升箕斗的卸载检测，解决提升运输系统中存

在的装重斗的安全隐患。

4 关键部位的实施

为解决以上问题首先需要建立一套主井定重自动卸载检测及信

号控制子系统，用来完成提升箕斗自动卸煤、箕斗卸煤量的自动检

测及自动转发提升信号，以及手动或自动清理提升箕斗滞煤；同时，

还需解决在信号传递过程中的运算换算以及使用空气炮的冲击力

的问题。在解决问题的同时，必须保障设备的安全正常运转，不对

设备造成损坏。

4.1 智能控制卸载操作台

在现场安装一套智能控制卸载操作台，检测卸载煤仓是否满，并

且将该信号发送至装载峒室、绞车房，控制绞车的运行；检测曲轨

卸载的提升箕斗卸载煤的量，手动或自动转发箕斗的提升信号并且

转发装载信息状态和卸载信息状态；调整空气炮的释放角度，达到

手动或自动清理提升箕斗滞煤。

4.2 主要技术参数

1）测量范围：0-99.99kn（箕斗称重） 0-70m（雷达料位仪）

2）精度等级：1级 1.5级

3）供电电源：127v/ac 50hz

4）输入触点：无源触点。

5）输出触点：0.6a/127v/ac 5a/24v/dc（开关、电铃）

6）与系统连接方式为：总线式，传输方式：基带半双工

7）传输速率：9600bit/s

8）传输线线型：井筒内铠装信号电缆

9）传输最大距离：1200m

10）显示形式为数码管显示

4.3 主要设备

1）雷达式物位检测仪

2）箕斗位置传感器

3）智能控制卸载操作台

4）风包和可移动空气炮装置

4.4 现场施工

针对平煤股份八矿的具体条件选择德国vega公司的雷达式物位

检测仪，型号为vegapuls68，天线直径为95mm，发射角为8度；

每个提升箕斗配置一套雷达式物位检测仪。

雷达式物位检测仪安装在主井平硐箕斗正面第七架罐道梁处加

装横梁，在加装横梁的下方安装雷达式物位检测仪，位于提升箕斗

到位时的装载口的上方，检测提升箕斗内煤的剩余量，雷达料位计

检测装置的误差小于1%，提升箕斗滞煤下放重量小于0.5吨；移动

式空气炮安装在主井平硐箕斗正面第六架罐道梁处加装横梁，在加

装横梁的上方安装移动式空气炮；若发现提升箕斗滞煤，远程可实

现手动或者自动开启可伸缩的空气炮，清理滞留在提升箕斗内的

煤，同时自动转发绞车提升信号，实现平硐卸载控制的无人值守。

卸载自动检测流程图如下图2。

图2 卸载自动检测流程图

卸载控制系统还具有提升箕斗动态称重的功能，若检测到提升箕

斗内滞煤，此时将滞煤的重量发送给装载系统，装载系统接收到信

号后，将减少向定量斗的装煤重量，实现真正意义的定重装载，解

决提升运输系统存在的装重斗的安全隐患。

5 应用效果

由于该系统检测及称重监测稳定、可靠，及时反映箕斗内的余煤

量，根据需要可以及时清理，增加了系统的安全可靠性，降低了电

耗和生产成本，直接提高了经济效益。

该方案的实施缩短装卸载及信号转发时间14秒/钩，现在每钩提

升时间为140秒，提高提升效率10%，大大提高生产效率。主井卸

载计量与监控系统达到国内领先的水平，并且实现整个主井自动定

量装卸载控制系统自动化，达到无人值守的效果。同时预防和减少

重大事故的发生，对矿井安全生产产生良好的经济效益。

【参考文献】

[1]杨仲平.自动化控制系统[m].北京：煤炭工业出版社，1993.

[2]姚洪，杨寅威，黄嘉兴.矿井自动化装载装置的设计[j].煤炭

机电，2006（4）.